AM幅度调制解调

1、幅度调制的一般模型是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调 制器的一般模型如图3-1所示。图3-1幅度调制器的一般模型图中，为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，那么已调信号的时域和频域一般表达式分别为3-1(3-2)式中，为调制信号的频谱，为载波角频率。由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化； 在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。在图3-1的一般模型中，适中选择滤波器的特性，便可得到各种幅度调制信号

2、，例如：常 规双边带调幅AM、抑制载波双边带调幅DSB-SO、单边带调制SSB和残留边带调制VSB 信号等。常规双边带调幅AM1. AM信号的表达式、频谱及带宽在图3-1中，假设假设滤波器为全通网络=1、，调制信号叠加直流后再与载波相乘，那么输出的信号就是 常规双边带调幅AM信号|。AM调制器模型如图3-2所示。图3-2 AM调制器模型AM信号的时域和频域表示式分别为(3-3 )(3-4 )式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为 0,即。点此观看AM调制的Flash ；AM 信号的典型波形和频谱分别如图3-3 a、b所示，图中假定调制信号的上限频率为。显然

3、，调制信号的带宽为。由图3-3 a可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足，否那么将出现过调幅现象而带来失真。由Flash的频谱图|可知，AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成通常称频 谱中画斜线的局部为上边带，不画斜线的局部为下边带。上边带的频谱与原调制信号的频谱 结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的 完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即(3-5 )式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。2. AM信号的功率

4、分配及调制效率AM 信号在1电阻上的平均功率应等于的均方值。当为确知信号时，的均方值即为其平方 的时间平均，即因为调制信号不含直流分量，即，且，所以3-6 式中，为载波功率;为边带功率,它是调制信号功帘的一半。由此可见，常规双边带调幅信号的平均功率包括载波功率和边带功率两局部。只有边带 功率分量与调制信号有关，载波功率分量不携带信息。我们定义调制效率(3-7 ) 显然，AM信号的调制效率总是小于 1。3. AM信号的解调调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号复原为调制信号。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。1相干解调由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频

5、谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干 解调的原理框图如图3-4所示。将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项别离，无失真的恢复出原始的调制信号3-8点此观看AM相干解调的Flash相干解调的关键|是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得 不到满足，那么会破坏原始信号的恢复。2包络检波法由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢 复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成，如图

6、3-5所示。图3-5包络检波器一般模型D电阻R和电容C图3-4为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管 组成。当RC满足条件时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即(3-9 )包络检波器输出的信号中，通常含有频率为的波纹，可由LPF滤除。图3-6串联型包络检波器电路及其输出波形点此观看AM包络检波的Flash包络检波法属于非相干解调法，其特点是 :解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难 度。故几乎所有的调幅AM式接收机都采用这种电路。综上所述，可以看出，采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是

7、解调电路简单，可采 用包络检波法。缺点是调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了大局部功率，白白浪 费掉。如果抑制载波分量的传送，那么可演变出另一种调制方式，即抑制载波的双边带调幅DSB-SC。抑制载波的双边带调幅DSB-SC1. DSB信号的表达式、频谱及带宽在幅度调制的一般模型中，假设假设滤波器为全通网络=1，调制信号中无直流分量，那么输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号|,或称抑制载波双边带DSB-SC调制信号，简称双边带DSB信号。DSB调制器模型如图3-7所示。可见DSBB号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时 域和频域表示式分别为(3-10a )(3-10b )点此观看

8、DSB调制的Flash，由Flash可见，DSB信号的包络不再与成正比，故不能进 行包络检波，需采用相干解调；除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽式中，为调制信号带宽，为调制信号的最高频率。2. DSB信号的功率分配及调制效率由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就等于边带功率，是调制信号功率的一半，即3-12式中，为边带功率，为调制信号功率。显然，DSB信号的调制效吃为100%3. DSB信号的解调DSB信号只能采用相干解调，其模型与AM信号相干解调时完全相同，如图3-4所示。此时，乘

9、法器输出经低通滤波器滤除高次项，得3-13即无失真地恢复出原始电信号。点此观看DSB解调的Flash抑制载波的双边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；调制电路简 单，仅用一个乘法器就可实现。缺点是占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。单边带调制SSB由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此， 从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。这就又演变出另一种新的调制方式单边带调制(SSB。1. SSB信号的产生产生SSB信号的方法很多，其中最根本的方法有滤波法和相移法。(1)用滤波法形成SSB信号用滤波法实现单边带调制的原理图如图3-9所示

10、，图中的为单边带滤波器。 产生SSB信号 最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所 需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。图3-9 SSB信号的滤波法产生显然，SSB信号的频谱可表示为(3-14)点此观看SSB信号产生的Flash用滤波法形成SSB信号，原理框图简洁、直观，但存在的一个重要问题是单边带滤波器不易制作。这是因为，理想特性的滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一 个过渡带。滤波器的实现难度与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值愈小，分割上、下边带就愈难实现。而一般调制信号都具有

11、丰富的低频成分，经过调制后得到的 DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，要想通过一个边带而滤除另一个，要求单边带滤波器在 附近具有陡峭的截止特性一一即很小的过渡带，这就使得滤波器的设计与制作很困难，有时 甚至难以实现。为此，实际中往往采用多级调制的方法，目的在于降低每一级的过渡带归一 化值，减小实现难度。限于篇幅，本书不作详细介绍。(2)用相移法形成SSB信号可以证明，SSB信号的时域表示式为(3-15)式中，“-对应上边带信号，“ +对应下边带信号；表示把的所有频率成分均相移，称是 的希尔伯特变换。根据上式可得到用 相移法形成SSB信号的一般模型如图3-12所示。图中，为希尔伯特 滤波器，它

12、实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移。图3-12相移法形成SSB信号的模型相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号的所有频率 分量严格相移，这一点即使近似到达也是困难的。2. SSB信号的带宽、功率和调制效率从SSB信号调制原理图中可以清楚地看出，SSB信号的频谱是DSB信号频谱的一个边带，其带宽为DSB信号的一半，与基带信号带宽相同，即3-16式中，为调制信号带宽，为调制信号的最高频率。由于仅包含一个边带，因此 SSB信号的功率为DSB信号的一半，即(3-17)显然，因SSB信号不含有载波成分，单边带幅度调制的效率也为100%3. SSB信号的解调从

13、SSB信号调制原理图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号成正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调|,如图3-13所示。图3-13 SSB信号的相干解调此时，乘法器输出经低通滤波后的解调输出为(3-18)因而可得到无失真的调制信号综上所述，单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；频带宽度只 有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。残留边带调制VSB1.残留边带信号的产生残留边带调制|是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又解决了单边带滤波器不易实现的难题。在残留边带调制中，

14、除了传送一个边带外，还保存了另外一个边带的一局部。对于具有 低频及直流分量的调制信号，用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波 器，在残留边带调制中已不再需要，这就防止了实现上的困难。用滤波法实现残留边带调制的原理图 如图3-14所示。图3-14 VSB信号的滤波法产生图中的为残留边带滤波器，其特性应按残留边带调制的要求来进行设计。稍后将会证明,为了保证相干解调时无失真地得到调制信号，残留边带滤波器的传输函数必须满足(3-19)它的几何含义是，残留边带滤波器的传输函数在载频附近必须具有互补对称性。图3-15示出的是满足该条件的典型实例：残留局部上边带时滤波器的传递函数如图3-15

15、a所示，残留局部下边带时滤波器的传递函数如图 3-15 b所示。图3-15所示的滤波器，可以看作是对截止频率为的理想滤波器的进行“平滑的结果，习惯上，称这种“平滑为“滚降。显然，由于“滚降，滤波器截止频率特性的“陡度变缓，实现难度降低，但滤波器的带宽变宽。由滤波法可知，VSB信号的频谱为3-20点此观看VSB信号的Flash2.残留边带信号的解调残留边带信号显然也不能简单地采用包络检波，而图3-16 VSB信号的相干解调由图3-16，得乘法器输出相应的频域表达式为将式3-20 代入上式，得经LPF滤除上式第二项，得解调器输出由上式可知，为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号，必须要求在内，而这正 是残留边带滤波器传输函数要求满足的互补对称条件式3